Sieci komputerowe - Protokoły wspierające IPv4

Transkrypt

1 Piotr Kowalski KAiTI Plan i problematyka wykładu 1. Odwzorowanie adresów IP na sprzętowe i odwrotnie protokoły ARP i RARP. - Protokoły wspierające IPv4 2. Routing IP Tablice routingu, routing dynamiczny Protokół RIP-2 Protokół OSPF Inne protokoły routingu dynamicznego 3. Nadzór nad pracą sieci protokół ICMP. Odwzorowanie adresów Metody odwzorowywania adresów Adresy protokołowe abstrakcja realizowana przez oprogramowanie, a nie sprzęt sieciowy który nie jest w stanie na ich podstawie zlokalizować komputera. Adres protokołowy następnego etapu na drodze datagramu należy przetłumaczyć na odpowiadający mu adres fizyczny. Ustalanie adresów sprzętowych na podstawie protokołowych (i odwrotnie) nosi nazwę odwzorowywania adresów. Węzeł lub router odwzorowuje adres IP gdy wysyła pakiet do innego komputera/routera przyłączonego do tej samej sieci fizycznej. Odwzorowanie to nie ma miejsca gdy adresat datagramu jest przyłączony do innej sieci! Tablicowa odwzorowania są przechowywane w tablicy (zwykle tworzonej dynamicznie), która w razie potrzeby jest przeszukiwana przez oprogramowanie Obliczeniowe adres protokołowy przydzielony komputerowi jest wybrany w taki sposób, żeby można było go przekształcić w adres sprzętowy za pomocą ciągu operacji arytmetycznych i logicznych Sieciowe w celu odwzorowania adresów komputery przesyłają w sieci komunikaty z zapytaniami (o adres sieciowy węzła) i odpowiedziami (ten adres zawierający) ARP (Address Resolution Protocol) Format wiadomości ARP ARP to sieciowa metoda odwzorowywania adresów, opracowana pierwotnie dla sieci Ethernet w latach 80- tych XX wieku. Klient ARP poza przesyłaniem komunikatów przechowuje tabelę odwzorowywania adresów, z której wpisy usuwane są automatycznie po pewnym, zależnym od implementacji protokołu czasie. ARP definiuje 2 rodzaje komunikatów: -żądanie (ang. request) rozgłaszane w sieci lokalnej - odpowiedź (ang. reply) węzła o adresie w żądaniu W obu przypadkach wiadomość protokołu ARP zawiera adres sprzętowy i IP, zarówno nadawcy, jak i odbiorcy, co pozwala na obustronną aktualizację tablic. Bity Bajty Typ adresu sprzętowego Typ adresu protokołowego 2 Długość adresu sprzętowego Długość adresu protokołowego 3 Adres sprzętowy nadawcy Typ operacji 4 Adres sprzętowy nadawcy (cd.) Adres protokołowy nadawcy 5 Adres protokołowy nadawcy (cd.) Adres sprzętowy adresata 6 Adres sprzętowy adresata (cd.) 7 Adres protokołowy adresata 1

2 Pola wiadomości ARP Działanie protokołu Typ adresu sprzętowego np. 1 dla Ethernet Typ adresu protokołowego - np. 0800h dla IPv4 Długość adresów: sprzętowego i protokołowego w bajtach (dla Ethernet 6, dla IPv4 4) Typ operacji np. 1 żądanie ARP, 2 odpowiedź ARP, 3 żądanie RARP 4 odpowiedź RARP Adresy sprzętowe i protokołowe nadawcy i odbiorcy RARP czyli Reverse ARP RARP zasada działania Po co nam w ogóle RARP? Niektóre węzły, takie jak bezdyskowe stacje robocze nie znają swojego adresu IP. Wysłanie zapytania RARP pozwala im ten adres ustalić. Adresatem zapytania RARP jest umieszczony w sieci lokalnej serwer do tego dedykowany. Komunikaty przesyłane w ramach protokołu są zgodne z komunikatami ARP (kod operacji: 3). Obecnie w celu przyznania adresów IP stosuje się częściej protokoły bazujące na UDP tj. DHCP i BOOTP. Wprowadzenie do przekazywania pakietów Routing Jeśli punkt przeznaczenia informacji dołączony jest bezpośrednio do hosta (np. łącze punkt - punkt) lub jest nim wydzielona sieć LAN (np. Ethernet), to wtedy datagram wysyłany jest bezpośrednio do tego punktu. W innym przypadku host wysyła informacje do rutera domyślnego (ang. default), którego zadaniem jest dostarczenie tego datagramu do punktu przeznaczenia Warstwa IP ma w pamięci tablicę rutowania, która jest przeszukiwana za każdym razem, gdy nadejdzie nowy datagram. Jeśli datagram nie jest skierowany do tej warstwy IP, to wtedy: 1) jeśli warstwa IP skonfigurowana jest do pracy jako ruter, pakiet jest przesyłany dalej 2) jeśli warstwa nie pracuje jako ruter to datagram jest odrzucany 2

3 Algorytm routingu IP (next-hop routing) Rola tablicy routingu 1. Przeszukać tablicę rutingu w poszukiwaniu rekordu, który odpowiada adresowi przeznaczenia IP. Jeśli taki adres został znaleziony wyślij pakiet do wskazanego rutera będącego ruterem następnego przejścia lub do bezpośrednio dołączonego interfejsu. 2. Przeszukać tablicę rutingu w poszukiwaniu rekordu, który odpowiada adresowi sieci. Jeśli taki adres został znaleziony wyślij pakiet do wskazanego rutera będącego ruterem następnego przejścia lub do bezpośrednio dołączonego interfejsu. 3. Przeszukać tablicę rutingu w poszukiwaniu rekordu oznaczonego jako "domyślny (ang. default). Jeśli zostanie znaleziony, wyślij pakiet do wskazanego rutera następnego przejścia. Jeśli żaden z tych trzech kroków nie przyniesie rezultatu, datagram zostaje uznany jako taki, którego nie można dostarczyć a do aplikacji wysyłającej datagram wysyłany jest komunikat o błędzie. Uwaga: w procesie przekazywania pakietów adres adresata pozostaje niezmieniony! Metody wektora odległości Każdy router przesyła wektor zawierający znane mu odległości do innych węzłów. Podstawowe metody routingu dynamicznego: Metoda wektora odległości (ang. distance vector routing), nazywana często algorytmem Bellmana-Forda Metoda stanu łącza (ang. link-state routing) nazywana też często algorytmem najkrótszej ścieżki Start Tablice routingu musza być nieustannie uaktualniane (dostosowywane do bieżącego stanu sieci), w sposób zapewniający efektywne jej wykorzystanie. W tym celu opracowano protokoły routingu dynamicznego, pozwalające na wymianę informacji między routerami. Przykład: RIP Stop Protokoły routingu dynamicznego Ramka RIP-2 RIP (Routing Information Protocol) to najbardziej znany protokół routingu dynamicznego oparty o metody wektora odległości. Najnowsze odmiany tego protokoły to RIP-2 i RIPng opracowany dla IPv6. Główne cechy: - Odległość mierzona w skokach (ang. hops), maksymalna długość trasy to 16 węzłów (odp. Destination unreachable) - Dwa typy komunikatów zapytanie (ang. request) wysyłane przez router np. przy jego włączeniu, może dotyczyć całej tabeli bądź jej części odpowiedź (ang. response) wysyłana w odpowiedzi na zapytanie i stale, co 30 sekund -Dodatkowe timery usuwające dawno nieuktualniane wpisy - Wsparcie domyślnej trasy (oznaczonej ) i multicasting (w RIP-2) 3

4 Metody stanu łącza Algorytm Dijkstry W metodach stanu łącza każdy router przesyła jedynie dostępne mu informacje dotyczące połączeń do najbliższych mu węzłów tzw. Link-State Packet (LSP). Wybór trasy polega na składaniu tego typu informacji w spójną całość. Każdy z routerów rozsyła tzw. link-state packet zawierający identyfikator oraz listę węzłów do niego przyłączonych wraz z kosztem tych połączeń. Trasa obliczana jest na podstawie grafowego algorytmu Dijkstry. M lista węzłów dodanych do zbioru tras N zbiór węzłów sieci l(i, j ) koszt połączenia (i,j) M = {s} for każdy n w N {s} C(n) = l(s, n) while (N!= M) M = M {w} taki że C(w) jest minimum dla wszystkich w w (N M) for każdy n w (N M) C(n) = MIN(C(n), C(w) + l(w, n)) Algorytm Dijkstry w routingu Przykład wyznaczania tablicy routingu Dwie listy: potwierdzonych LP (ang. Confirmed list) i oczekujących LO (ang. Tentative list) każda zawierająca wpisy postaci <cel, koszt, następny węzeł> 1. Zainicjalizuj LP z wpisem dla samego siebie (i kosztem 0). 2. Węzeł dodany do LP nazwij następnym (NEXT) i analizuj jego LSP 3. Dla każdego sąsiada (NEIGHBOR) węzła NEXT policz koszt liczony jako koszt dotarcia od bieżącego węzła do NEXT i od NEXT do NEIGHBOR (a) Jeżeli NEIGHBOR nie jest na żadnej z list dodaj do LO <NEIGHBOR, KOSZT, NEXTHOP> gdzie NEXTHOP jest kierunkiem na drodze do NEXT (b) Jeżeli NIEIGHBOR jest na liście LO i koszt jest większy niż aktualny to zmień wpis LO <NEIGHBOR, KOSZT, NEXTHOP> 4. Jeżeli LO jest pusta STOP. W przeciwnym wypadku wybierz wpis o najmniejszym koszcie z LO, przenieś do LP i wróć do kroku 2. Przykład: OSPF (ang. Open Shortest Path First) Ramka OSPF Protokół OSPF używa hierarchicznej struktury sieci z podziałem na obszary z centralnie umieszczonym obszarem zerowym (ang. area 0). OSPF jest protokołem typu link-state jedynie wewnątrz obszaru. Oznacza to, że w ramach pojedynczego obszaru wszystkie routery znają całą jego topologię i wymieniają się między sobą informacjami o stanie łączy, a każdy z nich przelicza trasy samodzielnie (algorytm Dijkstry). Między obszarami OSPF działa jak protokół typu distancevector, co oznacza, że routery brzegowe obszarów wymieniają się między sobą gotowymi trasami. OSPF zapewnia ponadto dodatkowe uwierzytelnianie wysyłanych komunikatów. Typy wiadomości: Hello nawiązywanie i utrzymywanie relacji z sąsiednimi węzłami, Database description opis przechowywanych baz danych, Request link-state żądanie informacji na temat stanów połączeń, Update link-state aktualizacja stanów połączeń, Acknowledgment links-state potwierdzenia stanów połączeń. 4

5 Inne metody routingu dynamicznego System autonomiczny (ang. Autonomous System, AS) to sieć lub grupa sieci opartych na protokole IP pod wspólną administracyjną kontrolą, w której utrzymywany jest spójny schemat trasowania (ang. routing policy). Protokoły używane w ramach systemów autonomicznych to wymienione już RIP, OSPF, a także EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol) firmy Cisco. Protokół ICMP Protokół ICMP (ang. Internet Control Message Protocol) został opracowany jako uzupełnienie protokołu IP w zakresie niezawodności i jakości transmisji. Nie zapewnia on jej bezpośrednio, natomiast pozwala na przesyłanie komunikatów kontrolnych. Protokół ICMP pracuje w warstwie internetu, a do przekazywania wiadomości wykorzystuje datagramy IP. Zewnętrzne protokoły trasowania (zwane również protokołami bramy zewnętrznej EGP, ang. Exterior Gateway Protocol) używane do wymiany informacji o trasach pomiędzy różnymi systemami autonomicznymi. Podstawowym protokołem z tej grupy jest BGP (ang. Border Gateway Protocol). BGPv4 jest podstawą działania współczesnego Internetu. Funkcje protokołu ICMP Destination unreachable Wykrywanie nieosiągalnych miejsc przeznaczenia Jeśli komputer docelowy nie odpowiada system, który wykrył problem wysyła do nadawcy komunikat Destination Unreachable (typ 3). Jeśli komunikat ten jest wysyłany przez router, oznacza, że router nie może wysyłać pakietów do danego komputera. Może to nastąpić w dwóch przypadkach: adres docelowy IP nie istnieje router nie może dostarczyć datagramu do tej sieci W momencie, gdy komunikat ten jest wysyłany przez host, może to oznaczać, że: dany komputer nie posiada wsparcia dla któregoś z protokołów warstw wyższych lub port protokołu TCP jest nieosiągalny. Inne funkcje ICMP Dalsze możliwości zastosowania ICMP Informowanie o zaginionych datagramach Jeśli jakiś datagram, podczas przechodzenia przez ruter osiągnie zerowy limit czasu życia (Time-to-Live) jest usuwany. Do komputera źródłowego danego datagramu wysyłany jest komunikat ICMP Time-exceeded (typ 11, kod 0). Sprawdzanie zdalnego hosta Odbywa się m.in. poprzez wywołanie komendy ping. Wysyłany jest komunikat ICMP Echo Message (typ 8, kod 0), po otrzymaniu którego komputer docelowy musi odpowiedzieć komunikatem Echo Reply (typ 0, kod 0). Jeśli tego nie zrobi, uznawany jest za nieosiągalny. Sterowanie przepływem danych W przypadku, gdy komputer docelowy transmisji IP nie nadąża za obróbką przychodzących datagramów IP, ICMP wysyła komunikat Source Quench (typ 4, kod 0), po którym nadawca czasowo wstrzymuje transmisję. Przekierowywanie ścieżek Jeśli komputer, do którego dotarł datagram IP uzna, że właściwszą bramką będzie inny komputer z tej samej sieci, wysyła komunikat Redirect (typ 5, kody różnorakie) wskazujący na ten właśnie komputer (musi znajdować się w tej samej sieci). Po otrzymaniu takiego komunikatu nadawca aktualizuje swoją tablicę rutingu. Inne przykłady: Rozgłaszanie routerów, maski podsieci itp. 5

6 DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ! NASTĘPNY WYKŁAD: TCP I UDP 6